Tijekom 2023. godine, supernova označena kao SN 2023ixf pružila je astrofizičarima jedinstvenu priliku da istraže kako supernove ubrzavaju čestice, poznate kao kozmičke zrake, do brzina bliskih svjetlosti. Unatoč visokim očekivanjima, NASA-in svemirski teleskop Fermi nije zabilježio visokoenergetske gama-zrake, koje bi trebale nastati kao produkt tog ubrzanja. Ova supernova dogodila se 18. svibnja 2023. u galaksiji Messier 101, lociranoj u zviježđu Velikog medvjeda, udaljenoj oko 22 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje. Ovaj događaj je najsvjetliji zabilježen od pokretanja Fermijeva teleskopa 2008. godine.
Guillem Martí-Devesa, znanstvenik sa Sveučilišta u Trstu, istaknuo je: “Ranije smo procjenjivali da supernove pretvaraju oko 10% svoje ukupne energije u ubrzanje kozmičkih zraka. Međutim, najnovija promatranja SN 2023ixf pokazuju da bi taj udio mogao biti tek 1% nekoliko dana nakon eksplozije. Iako to ne osporava ulogu supernova kao generatora kozmičkih zraka, jasno je da su potrebna dodatna istraživanja.” Svakog dana trilijuni kozmičkih zraka stupaju u interakciju sa Zemljinom atmosferom; od toga su oko 90% protoni, a ostatak čine elektroni i jezgre težih elemenata. Porijeklo ovih čestica proučava se već više od stoljeća, no zbog njihove električne nabijenosti koja mijenja njihov smjer pod utjecajem magnetskih polja, one se ne mogu izravno pratiti do izvora.
Potrebna su nova istraživanja
Elizabeth Hays, glavna znanstvenica na Fermijevom projektu u NASA-inom svemirskom centru Goddard, pojašnjava: “Za razliku od kozmičkih zraka, gama-zrake putuju izravno prema nama i nastaju kada kozmičke zrake interagiraju s materijom. Budući da je Fermi najosjetljiviji teleskop za gama-zrake u orbiti, njegova nesposobnost detekcije očekivanog signala potiče nas na temeljito istraživanje i traženje objašnjenja.”
Supernove se već dugo smatraju ključnim izvorima kozmičkih zraka. Kada zvijezda, barem osam puta masivnija od Sunca, iscrpi svoje nuklearno gorivo, dolazi do kolapsa njezine jezgre, koja zatim proizvodi eksplozivan udarni val. Taj udarni val ubrzava čestice do kozmičkih brzina, a te čestice, interagirajući s materijom i svjetlošću oko zvijezde, stvaraju gama-zrake. Utjecaj supernova na međuzvjezdani prostor je izuzetan; njihovi udarni valovi i oblaci ostataka mogu ostati vidljivi više od 50.000 godina. Mjerenja provedena teleskopom Fermi 2013. godine pokazala su da ostaci supernove ubrzavaju kozmičke zrake, generirajući gama-svjetlost, ali te čestice nisu pokazale dovoljno energije da bi se uskladile s mjerenjima na Zemlji.
Znanstvenici razmatraju različite scenarije koji bi mogli objasniti zašto Fermijev teleskop nije detektirao gama-zrake iz ove supernove, uključujući raspored eksplozivnih ostataka i gustoću materijala koji okružuje zvijezdu. Nastavak promatranja supernove SN 2023ixf u različitim spektrima, zajedno s novim simulacijskim modelima temeljenim na ovom događaju, kao i buduće studije drugih mladih supernova, omogućit će dublje razumijevanje izvora kozmičkih zraka.
